第六章結構抗震分析

1、1第六章第六章 （一）結構抗震分析（一）結構抗震分析結構抗震分析方法發(fā)展結構抗震分析方法發(fā)展結構抗震分析方法的理論基礎：結構抗震分析方法的理論基礎：1.剛體體系地震反應剛體體系地震反應2.單自由度彈性體系自由振動單自由度彈性體系自由振動3.單自由度彈性體系強迫振動單自由度彈性體系強迫振動2結構抗震理論的發(fā)展過程結構抗震理論的發(fā)展過程l靜力理論階段靜力理論階段 l反應譜理論階段反應譜理論階段 l動力理論階段動力理論階段 l基于性態(tài)的抗震設計理論基于性態(tài)的抗震設計理論 -Performance-based seismic design3靜力理論階段靜力理論階段 l1920，日本大森房吉提出日本大森

2、房吉提出 所謂靜力理論是指估計地震力時，不考慮地震的動力所謂靜力理論是指估計地震力時，不考慮地震的動力特性和結構的動力性質(zhì)（變形和阻尼），假定結構為剛性，特性和結構的動力性質(zhì)（變形和阻尼），假定結構為剛性，其大小相當于結構的重量乘以一個比例常數(shù)（即與結構特其大小相當于結構的重量乘以一個比例常數(shù)（即與結構特性無關的地震系數(shù)）的理論，結構上任何一點的加速度都性無關的地震系數(shù)）的理論，結構上任何一點的加速度都等于地震動加速度。等于地震動加速度。)(txg m)(txmg GkxgGxmFggmaxmax 將將F作為靜荷載，按靜力計算作為靜荷載，按靜力計算方法計算結構的地震效應方法計算結構的地震效應

3、盡管靜力法忽略了地震作用與結構動盡管靜力法忽略了地震作用與結構動力特性直接相關、結構為非剛性等關鍵特性，力特性直接相關、結構為非剛性等關鍵特性，造成求出的地震作用失真，但靜力法的產(chǎn)生造成求出的地震作用失真，但靜力法的產(chǎn)生在抗震領域卻具有劃時代意義，它使結構抗在抗震領域卻具有劃時代意義，它使結構抗震理論從無到有。震理論從無到有。4 靜力理論靜力理論 （1）輸入的地震動以歷史震害估計的地震動）輸入的地震動以歷史震害估計的地震動最大加速度為依據(jù)，采用假定沿高度分布的質(zhì)量最大加速度為依據(jù)，采用假定沿高度分布的質(zhì)量和加速度，和加速度， （2）不需要建立結構動力模型進行動力反應分）不需要建立結構動力模型進

4、行動力反應分析；析； （3）其設計原則也只是采用靜力的允許應力；）其設計原則也只是采用靜力的允許應力； 因此該理論所用的方法是一種經(jīng)過極大簡因此該理論所用的方法是一種經(jīng)過極大簡化的設計方法。化的設計方法。5反應譜理論階段反應譜理論階段 1940年美國年美國Biot首先明確提出從實測記錄中計算反首先明確提出從實測記錄中計算反應譜的概念，到應譜的概念，到50年代初由美國年代初由美國(Housner)加以實加以實現(xiàn)。反應譜理論的建立是建筑在現(xiàn)。反應譜理論的建立是建筑在強震觀測強震觀測和和計算機計算機應用發(fā)展應用發(fā)展的基礎上的。的基礎上的。 地震作用地震作用“擬靜力法擬靜力法”？目前，世界上普遍采用的

5、方法！目前，世界上普遍采用的方法！GFEK6反應譜理論階段的主要進展反應譜理論階段的主要進展與靜力法相比，其與靜力法相比，其主要進展主要進展是：是：(1) 改變了靜力法中關于剛體結構的假設，更真實地模改變了靜力法中關于剛體結構的假設，更真實地模擬了結構振動，各質(zhì)點間具有相對振動加速度；擬了結構振動，各質(zhì)點間具有相對振動加速度； (2) 指出地震作用與結構動力特性密切相關，即地震作用指出地震作用與結構動力特性密切相關，即地震作用隨結構自振周期、振型和阻尼的改變而改變這個基本特隨結構自振周期、振型和阻尼的改變而改變這個基本特點；點； (3) 根據(jù)多條強振實測記錄，經(jīng)計算統(tǒng)計給出了單自由根據(jù)多條強振

6、實測記錄，經(jīng)計算統(tǒng)計給出了單自由度體系反應譜曲線，計算最大地震作用值，使計算大為度體系反應譜曲線，計算最大地震作用值，使計算大為簡化；簡化；7動力理論階段動力理論階段 動力法把地震作為一個時間過程，選擇動力法把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震加速度時程作為地震動輸入，有代表性的地震加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建筑物的地震反應，從而完成抗震設計時刻建筑物的地震反應，從而完成抗震設計工作。工作。8動力理論階段的主要進展動力理論階段的主要進展？ （1 1）反應譜法是最大值的包絡，而地震作用是一個）反應譜法是最大值的

7、包絡，而地震作用是一個時間過程，時程分析可反映結構地震反應隨時間變化的時間過程，時程分析可反映結構地震反應隨時間變化的全過程；全過程； （2 2）時程分析可很好地反映結構振動過程中剛度變）時程分析可很好地反映結構振動過程中剛度變化的真實情況及實際地震波全過程的作用；化的真實情況及實際地震波全過程的作用； （3 3）反應譜法強度計算，有時不能找出結構真正?。┓磻V法強度計算，有時不能找出結構真正薄弱層弱層( (部位部位) )，而由彈塑性直接動力分析則可確認識別結，而由彈塑性直接動力分析則可確認識別結構的薄弱環(huán)節(jié)；構的薄弱環(huán)節(jié)； （4 4）對于地震動三要素）對于地震動三要素幅值、頻譜和持續(xù)時間，幅

8、值、頻譜和持續(xù)時間，靜力法靜力法( (烈度法烈度法) )僅計及幅值，反應譜法考慮了幅值和頻僅計及幅值，反應譜法考慮了幅值和頻譜，而時程分析則全面考慮了幅值、頻譜和持續(xù)時間三譜，而時程分析則全面考慮了幅值、頻譜和持續(xù)時間三要素對結構的影響。要素對結構的影響。9靜力法的理論基礎靜力法的理論基礎剛體的地震反應剛體的地震反應10反應譜法和時程分析法的理論基礎反應譜法和時程分析法的理論基礎單自由度彈性體系的地震反應單自由度彈性體系的地震反應單自由度彈性體系的自由振動單自由度彈性體系的自由振動 單自由度彈性體系的強迫振動單自由度彈性體系的強迫振動 11單自由度彈性體系的自由振動單自由度彈性體系的自由振動

9、單自由體系系指體系單自由體系系指體系運動可由一點的單一方向運動可由一點的單一方向運動描述的結構體系，是運動描述的結構體系，是對實際結構的最簡單的抽對實際結構的最簡單的抽象；常用于解釋結構振動象；常用于解釋結構振動的基本概念，也可作為少的基本概念，也可作為少數(shù)實際工程結構（如柱承數(shù)實際工程結構（如柱承式水塔等）的計算模型。式水塔等）的計算模型。彈性意指結構受力后將產(chǎn)彈性意指結構受力后將產(chǎn)生可恢復變形。生可恢復變形。自由振動自由振動是無外界動荷載作用的結是無外界動荷載作用的結構體系的往復運動。構體系的往復運動。 121314單自由度彈性體系的強迫振動單自由度彈性體系的強迫振動 強迫振動是結構體系在外強迫振動是結構體系在外界擾動持續(xù)作用下的振動。廣界擾動持續(xù)作用下的振動。廣義的外界擾力包括作用于體系義的外界擾力包括作用于體系動荷載，也包括體系支承的往動荷載，也包括體系支承的往復運動（如地震動）。經(jīng)典的復運動（如地震動）。經(jīng)典的強迫振動理論研究彈性體系在強迫振動理論研究彈性體系在簡單荷載（如簡諧擾力）作用簡單荷載（如簡諧擾力）作用下的運動性態(tài)，其振動包括自下的運動性態(tài)，其振動包括自由振動和穩(wěn)態(tài)振動兩部分；前由振動和穩(wěn)態(tài)振動兩部分；前者隨時間的延續(xù)而迅速衰減、者隨時間的延續(xù)而迅速衰減、故又稱為瞬態(tài)振動；后者振動故又稱為瞬態(tài)振動；后者振動頻率與擾力頻率相同，但振動頻率與擾力頻率相同，但振動